변환 영역 Wyner-Ziv 잔차 신호 부호화를 위한 적응적 양자화

Adaptive Quantization for Transform Domain Wyner-Ziv Residual Coding of Video

  • 조현명 (성균관대학교 정보통신공학부) ;
  • 심혁재 (성균관대학교 정보통신공학부) ;
  • 전병우 (성균관대학교 정보통신공학부)
  • Cho, Hyon-Myong (School of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ;
  • Shim, Hiuk-Jae (School of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University) ;
  • Jeon, Byeung-Woo (School of Information and Communication Engineering, Sungkyunkwan University)
  • 투고 : 2011.03.15
  • 심사 : 2011.04.12
  • 발행 : 2011.07.25

초록

Wyner-Ziv 부호화에서의 시간예측은 원본 영상을 알 수 없는 Wyner-Ziv 복호화기에서 이루어지기 때문에 압축성능 저하를 피할 수 없었다. 이를 해결할 방안으로 Wyner-Ziv 부호화기의 가장 큰 장점인 부호화기의 경량화를 유지하면서도 최소한의 시간예측을 부호화기에서 하기 위하여 제안된 기술이 Wyner-Ziv 잔차 신호 부호화 기술이다. 이 기술은 키 프레임과 부호화 하는 Wyner-Ziv 프레임간의 단순한 차로 만들어진 잔차 신호를 분산비디오 부호화 하는 것이다. 하지만, 화소 영역에서 이잔차 신호 부호화 기술을 적용할 경우 기존의 화소영역 Wyner-Ziv 부호화보다는 성능이 개선되지만, 변환영역 Wyner-Ziv 부호화 기술과는 유사한 성능에 그쳤다. 이에 변환영역 WZ 잔차 신호 부호화 기술개발의 시도가 있었으나, 기존의 변환영역 WZ 부호화가 사용하는 양자화와의 호환성 문제로 성능 저하가 있었다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 기존의 고정적인 양자화 행렬과 양자화 레벨을 WZ 프레임의 잔차 신호에 따라 적응적으로 바꿀 수 있는 양자화를 제안한다. 제안 방법은 Wyner-Ziv 프레임만 고려하였을 때, 4개의 영상에서 평균 약 22%의 BDBR 이득과 약 1.2dB의 BDPSNR 이득을 보인다.

Since prediction processes such as motion estimation motion compensation are not at the WZ video encoder but at its decoder, WZ video compression cannot have better performance than that of conventional video encoder. In order to implement the prediction process with low complexity at the encoder, WZ residual coding was proposed. Instead of original WZ frames, WZ residual coding encodes the residual signal between key frames and WZ frames. Although the proposed WZ residual coding has good performance in pixel domain, it does not have any improvements in transform domain compared to transform domain WZ coding. The WZ residual coding in transform domain is difficult to have better performance, because pre-defined quantization matrices in WZ coding are not compatible with WZ residual coding. In this paper, we propose a new quantization method modifying quantization matrix and quantization step size adaptively for transform domain WZ residual coding. Experimental result shows 22% gain in BDBR and 1.2dB gain in BDPSNR.

키워드

참고문헌

  1. D. Slepian and J. K. Wolf, "Noiseless Coding of Correlated Information Source," IEEE Trans. on Information Theory, vol. IT-19, no. 4, pp. 471-480. July 1973.
  2. A. Wyner and J. Ziv, "The Rate-distortion Function for Source Coding with Side Information at The Decoder," IEEE Trans. on Information Theory, vol. 22, pp. 1-10, July 1976. https://doi.org/10.1109/TIT.1976.1055508
  3. A. Aaron, R. Zhang, and B. Girod, "Wyner-Ziv Coding of Motion Video," Proc. of Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, pp. 240-244, Pacific Grove, CA, USA, November 2002.
  4. R. Puri and K. Ramchandran, "PRISM: A New Robust Video Coding Architecture Based on Distributed Compression Principles," Proc. of 40th Allerton Conference on Communication, Control and Computing, pp. 1-10, Allerton, USA, October 2002.
  5. D. J. C. Mackay, "Good error-correcting codes based on very sparse matrices," IEEE Trans. on Information Theory, vol. 45, pp. 399-431, Mar. 1999. https://doi.org/10.1109/18.748992
  6. B. Ko, J. Sim, and B. Jeon, "Wyner-Ziv Video Coding with Side Matching for Improved Side Information," Pacific-rim Symposium on Image and Video Technology (PSIVT). vol.4872, pp.816 -825, Dec. 2007.
  7. A. Aaron, D. Varodayan and B. Girod, "Wyner-Ziv residual coding of video," Proc. of Picture Coding Symposium, PCS-2006, Beijing, China, April 2006.
  8. C. Brites, J. Ascenso, and F. Pereira, "Improving transform domain Wyner-Ziv coding performance," Proc. of IEEE International Conf. on Acoustics, Speech and Signal Processing, pp. 525-528, Toulouse, France, May 2006.
  9. Jui-Chiu Chiang, Kuan-Liang Chen, Chang-Ming Lee, Wen-Nung Lie, "Improved Frame/Block Based Wyner-Ziv Residual Video Coding," Pervasive Systems, Algorithms, and Networks (ISPAN), 2009 10th International Symposium on 14-16 Dec. 2009.
  10. Wang Anhong, Zhao Yao, Pan Jeng-Shyang, "Residual Distributed Video Coding Based on LQR-Hash," Chinese Journal of Electronics Vol.18, No.1, Jan. 2009.
  11. Zhipeng Jin, et. al, "Wyner-Ziv Residual Coding for Wireless Multi-View System," Proc. of Visual Communications and Image Processing 2007.
  12. X. Artigas, J. Ascenso, M. Dalai, S. Klomp, D. Kubasov, M. Ouaret, "The discover codec: architecture, techniques and evaluation," proc. of Picture Coding Symposium, 2007.
  13. M.B.Baden, H.Kodikara Arachchi, S.T.Worrall, A.M.Kondoz, "Transform Domain Residual Coding Technique for Distributed Video Coding" Proc. of Picture Coding Symposium, 2007.
  14. 고봉혁, 심혁재, 전병우, "센서네트워크상의 응용을 위한 터보 복호화 오류정정기법을 이용한 경량화비디오 부호화 방법," 전자공학회논문지, 제 45권, SP편, 제 1호, 11-21쪽, 2008년 1월.
  15. 박천호, 심혁재, 전병우, "잡음 모델 선택을 이용한 Wyner-Ziv 비디오 압축", 전자공학회논문지, 제 46권, 제 4호, 58-66쪽, 2009년 7월.
  16. 오양근, 심혁재, 전병우, "적응적 경판정 출력을 이용한 고속 분산 비디오 복호화 기술," 전자공학회논문지, 제 47권, SP편, 제 6호, 66-74쪽, 2010년 11월.